气井井筒压力分布研究方法

论文题目：气井井筒压力分布研究方法一、选题意义天然气的开采在石油工业的快速发展中占据着十分重要的地位，而对于井筒压力分布的研究对提高天然气的开采效率起着十分重要的作用。经过对不同种类气藏，不同种类流体在井筒内的流动状态分析，进一步确定井筒压力的分布，着点分析，便于天然气开采的实际应用。故选择此课题的研究。二、论文综述国内各个专家在气井井筒压力方面已经做出了部分的研究成果，特别是西南石油大学各位教授针对西南地区的气井井况专门作出了气井井筒压力计算的研究对本文所论述内容起了重要的指导作用，然后再根据各个相关文献上的指导思想做出了关于气井井筒压力分布的研究方法论述，首先先从含水气井井筒压力的分布计算研究着手，进一步扩展到相态变化对井筒压力的影响进行计算分析从而达到论文目的。三、论文内容概述（一）含水气井井筒压力的分布计算研究方法气井井筒压力计算的实用模型都是由气体稳定流动能量方程推导而来的。天然气从井底沿油管流到井口,中途没有被增压或输出功、能;在总能量消耗的结构中,动能损耗甚小,可以忽略不计。dp/ρ+gdH+f2udH/2g=0(1)式中:p—压力,Pa;ρ—气体密度,kg/m^3;g—重力加速度,m/s^2;H—井深,m;f—Moody摩阻系数;u—气体流速,m/s。将p、u等参数的单位换算为法定计量单位,从(1)式可推导出Cullender和Smith方法用于干气井井筒压力计算的模型[5]HgPwfPtfscgpdHdqfTZPdTZP03218203418.010*324.1(2)式中:p—压力,MPa;T—气体温度，K;Z—气体偏差系数;fg—干气摩阻系数;qsc—产气量,m3/d;d—油管内径,m;γg—气体相对密度;pwf—井底流动压力,MPa;ptf—井口油管流动压力,MPa。对含水气井,(1)式改写为022dHgufgdhdgwgwgwp(3)式中:ρgw—气水两相井流密度,kg/m3;fgw—气水井流的摩阻系数;Ugw—气水井流体积流速,m/s。建模思路新颖之点在于运用气—液两相流知识建立这一模型。对此作假设:①微小的凝析水滴悬浮于气流中,管内气流是水滴的载体,气体是连续相,水滴是分散相,气—液两相无相对运动;②从流态讲,管内两相流态属雾状流,摩阻损耗主要受气相控制。模型推导的关键之处在于确定气水井流的密度、质量流量、体积流速和Moody摩阻系数的计算方法。通过对气水井流的密度、质量流量、体积流速和Moody摩阻系数的计算（参考采气工程）将ρgw、(ugw)sc代入(3)式,因为scgmdgqMVW,可得0864004222dHFpTZTpdqgdfwscscscgw(12)从(12)式分离变量积分,可得到计算高气水比井井筒压力的公式,即HgPwfPtfwscgpdHFdqfTZPdTZP03218203418.0]10*324.1[(13)从(13)式可看出,如不含水,Fw=1,则(13)式还原成(2)式,即含水模型转变为干气模型。（二）相态变化影响下的凝析气井井筒压力分析通过计算气液两相中各个组分的摩尔含量的变化情况入手，分析和计算由此产生气液两相的质量传递的动态过程。引入研究凝析油析出程度的分析函数:气油比增加量分数,分析不同井筒段凝析油析出量的多少。从而,进一步研究相态变化影响井筒压力分布。并以此方法为基础,分析了相态变化结论导致井筒压力梯度变化的原因以及组分含量不同情况下相态变化对井筒压力分布的影响程度。1、组分模型组分模型的特点就是:模型中对烃类体系每一个自然组分的PVT性质,相态特征和相平衡计算,是用状态方程来完成的。(1)不考虑非烃类组分,油气体系以烃类化合物的组成成分存在;(2)组成油气烃类的各个组分在渗流过程中会发生相间传质及相态变化,但是其平衡是在瞬间完成的。约束条件:(1)总质量守恒L+V=1(1)即平衡条件下液相摩尔数与气相摩尔数总和为1。组分物质平衡方程Lxi+Vyi=zi（2）(2)相组分约束方程NeiNeiKiVLZiXi111（3）NeiNeiVKLZiYi111（4）式中Ki为i组分的气液平衡常数,Ki=yi/xi;N为组分数。(3)逸度方程：对理想气体有fVi=fLii=1,2,3……根据热力学原理,处于相态平衡的气液两相,每一对应组分在各相中的逸度应该分别相等。(4)状态方程：PR状态方程形式如下)()()(bvbbvvTabVRTP(5)2、凝析气井井筒压力模型的建立井筒压降梯度dzdvvdvgdzdpmmm2sin2（6）复合气体流速dZdCCdZIgCdICCdpPZTICdqCsc221sin22110*)(,/,48.14842,/10*51629（7）在预测沿整个井眼的压力分布时,将整个井眼分成Δh为步长的若干段,在每一段内对式(7)进行积分,从而得到计算每一段出口处压力的公式62210*)(4212sin2)(21outinoutininoutinoutIIdhICCIIIIgCIICCPP（8）式(8)考虑了由于气体动能变化造成的压降,而目前计算气体稳定流动的公式均忽略了动能变化的影响,当不考虑动能损失时,上式即变成Cullender&Smith公式。最终由四阶龙格-库塔迭代求解得到的下一步长的压力值为(其中h为步长)6)4433221(1KKKKhPpPPiii(9)3、相态变化影响下的流体密度与油气比计算在生产过程中,凝析气藏井筒压力降落受到液柱密度影响当凝析液析出后,以液态存在的组分在井筒中聚集,凝析为液态之后的组分密度增加。(1)复合气体密度ρm可表示为ZTPZRTMPVGVLFGFMm48.3484（10）组分物质平衡方程在这里为FLxi+FGyi=zi(11)式中R—通用气体常数;T—绝对温度;Z—气体压缩因子;FL—液相质量;FG—气相质量;xi,yi———i组分在液、气相中的摩尔分数。(2)相态变化下的油气比是在各个不同井深处不断变化的,通过求出各个井段的气、液相摩尔组成,可以得到在不同井段的气油比。初始油气比Rp=Qg/Qo(12)在井深为h时的气油比oXihgXihhhghIoIgQQR000（13）(3)假设井底和井口气油比为1RhR引入气油比增加量分数,为井深h处气油比与h-Δh处气油比之差与总共气油比增加量的比值。hphphhpRRRRR11它决定于当前井段气液相中的组分摩尔比、井深分段情况。它直观的体现了凝析油在不同井段的析出程度。式中oigixx,——组分在气、液相所占摩尔分数;Mg,Mo—气、液相平均分子量;hohg,—井深h处气、液相密度。根据以上所算出结果可代入（一）中的结论即可算出气井井筒压力的分布结果。四、参考文献1《油气井动态分析》陈钟祥许政纲等译石油工业出版社2《相态变化影响下的凝析气井井筒压力变化计算分析》朱炬辉等3《含水气井井筒压力计算方法》杨志伦